(57)【要約】【課題】  ＬＣＤ減光フィルタの透過率分布を被写体の光量に応じて自動決定し、低輝度から中輝度の被写体の撮像において、より高画質の撮影画像を得る。【解決手段】  被写体を撮影するために、レンズ光学系３と撮像素子１との間の光路上２に、撮像素子１に到達する光量を領域別に減ずるように制御する減光フィルタ８を備える。ＬＣＤ制御回路９は、減光フィルタ１における各領域別の入射光量をＬ、各領域別の透過率をＬの関数Ｔ（Ｌ）として表した時に、Ｌが所定の値Ｌ０より小さい範囲において関数Ｔ（Ｌ）は、最大値を取り、Ｌの増加に対し関数Ｔ（Ｌ）が単調減少となるように減光フィルタ８を制御する。【選択図】  図１
2006245918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮影するために、レンズ光学系と撮像素子との間の光路上に、前記撮像素子に到達する光量を領域別に減ずるように制御する減光フィルタを備える撮影装置であって、
前記減光フィルタの透過率を最大とした時の前記撮像素子における各領域別の光量を最小から最大に向かって並べ、最小の光量から最小とは異なる所定の光量までに対応する各領域では、対応の前記減光フィルタにおける透過率を最大とし、前記所定の光量を超える各領域では、光量の増加に伴って該透過率が減少するように前記減光フィルタを制御する制御回路を備えることを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
各領域別の光量を最小から最大に向かって並べた時の該光量をＬ、このＬに対応する前記透過率をＬの関数Ｔ（Ｌ）として表した場合に、前記制御回路は、前記撮像素子に到達する光量が前記Ｌの最大値において飽和レベル寸前であるように前記関数Ｔ（Ｌ）を設定することを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項３】
前記関数Ｔ（Ｌ）は、前記Ｌに関して連続関数であることを特徴とする請求項２記載の撮影装置。
【請求項４】
前記関数Ｔ（Ｌ）は、前記所定の光量をＬ０とし、Ｌ＝Ｌ０に関して微分可能な関数であることを特徴とする請求項３記載の撮影装置。
【請求項５】
撮影装置において、被写体を撮影するためにレンズ光学系と撮像素子との間の光路上に備えられ、前記撮像素子に到達する光量を領域毎に減ずるように制御する減光フィルタの制御方法であって、
前記減光フィルタの全ての領域における透過率を最大に設定し、前記被写体に対応する光を前記レンズ光学系および前記減光フィルタを介して前記撮像素子に照射するステップと、
前記撮像素子上の全ての画素において明るい方の飽和レベルに達している画素が存在するかを判定するステップと、
前記飽和レベルに達している画素が存在する場合には、前記飽和レベルが生じなくなるまで、前記減光フィルタの透過率を全ての画素に対して一様に減少させるステップと、
前記減光フィルタの透過率を最大とした時の前記撮像素子における各領域別の光量を最小から最大に向かって並べ、最小の光量から最小とは異なる所定の光量までに対応する各領域では、対応の前記減光フィルタにおける透過率を最大とし、前記所定の光量を超える各領域では、光量の増加に伴って該透過率が減少するように前記減光フィルタの透過率を設定するステップと、
を含むことを特徴とする撮影装置における減光フィルタの制御方法。
【請求項６】
各領域別の光量を最小から最大に向かって並べた時の該光量をＬ、このＬに対応する前記透過率をＬの関数Ｔ（Ｌ）として表した場合に、前記撮像素子に到達する光量が前記Ｌの最大値において飽和レベル寸前であるように前記関数Ｔ（Ｌ）を設定することを特徴とする請求項５記載の撮影装置における減光フィルタの制御方法。
【請求項７】
前記関数Ｔ（Ｌ）は、前記Ｌに関して連続関数であることを特徴とする請求項６記載の撮影装置における減光フィルタの制御方法。
【請求項８】
前記関数Ｔ（Ｌ）は、前記所定の光量をＬ０とし、Ｌ＝Ｌ０に関して微分可能な関数であることを特徴とする請求項７記載の撮影装置における減光フィルタの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影装置および撮影装置における減光フィルタの制御方法に関し、特に、撮像素子に到達する光量を制御する減光フィルタを備える撮影装置およびその減光フィルタの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラ等の撮像機器では、光学系（レンズ）によって結像した像を電気信号に変換するためにＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）といった固体撮像素子を用いている。このような固体撮像素子は、照射された光の強さに比例する電圧を発生する微細な構造（画素）を半導体製造プロセスを用いて平面に敷き詰め、さらに色情報を得るためにカラーフィルタを装着したデバイスである。
【０００３】
デジタルスチルカメラの普及により、消費者がデジタルスチルカメラで撮影された画像に対しより高画質を求める傾向が強くなってきている。高画質な画像の一つの要素として、解像度の向上、すなわち、画像を構成する画素数を増加させることが求められている。画像の画素数を増加させるには、固体撮像素子上の画素数を増加させる必要がある。デジタルスチルカメラにおいては、その筐体を流用しつつ画素数を増加させるため、デバイスの大きさを変化させずに画素数を増加させる方法が取られる場合が多い。しかし、デバイスサイズを変化させずに画素数を増加させると、画素あたりの面積が縮小してしまう。画素の面積が縮小すると、表現できる光量の幅（ダイナミックレンジ）が狭くなり、高輝度や低輝度において十分な階調表現が困難となる。すなわち、光量が多い部分で、白に飽和する白飛び（被写体に関らず真っ白になる現象）が発生し、逆に光量が少ない部分では黒に飽和する黒潰れ（被写体に関らず真っ黒になる現象）が発生する。
【０００４】
このようなダイナミックレンジの減少を防ぐ撮影装置が、例えば特許文献１において開示されている。図８は、特許文献１記載の撮影装置５０の構成図である。被写体Ａから到来する光は、撮像レンズ１２を介し、光路上に設置された液晶フィルタ１４を通過してＣＣＤエリアセンサ１６に結像する。調整部２０は、信号処理部１８からの情報を元に液晶フィルタ１４を制御する。液晶フィルタ１４の透過率を５０％としてＣＣＤエリアセンサ１６を露光し、ＣＣＤエリアセンサ１６の受光する光量がダイナミックレンジを超えた部分、すなわち光量が多く白飛びしている部分については液晶フィルタ１４の透過率を増加させ、逆に光量が少なく黒潰れが発生する部分については液晶フィルタ１４の透過率を減少させる動作を行うものである。また、この場合の液晶フィルタ１４の制御は、固定された下限の輝度を下回った場合は透過率を直線的に増加させ、また、固定された上限の輝度を上回った場合は透過率を線形的に減少させる。この下限・上限および変化率（傾き）は固定もしくはユーザーにより決定されるものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３３３２９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
撮像素子、例としてＣＣＤは、デジタルスチルカメラの普及と、より精細な画像を撮影したいというユーザーの要望により、デバイスあたりの画素数が増大する傾向にある。画素あたりの面積を従来と同等に保ったまま画素数を増大させると、必然的にデバイスサイズが増大する。撮像素子のデバイスサイズが変更されると、光学系を再設計する必要が生じる。同時に、セット（デジタルスチルカメラ本体）も再設計する必要が生じる。このことは、デジタルスチルカメラメーカにとって負担となり、新製品を早いサイクルで市場に投入する必要のあるデジタルスチルカメラにとって不利となる。
【０００７】
以上のことから、撮像素子のデバイスサイズを一定に保ち、画素数のみを増大させる方法がとられている。この結果、画素あたりの受光面積は縮小する。１画素あたりの受光面積が小さくなる程、ＣＣＤが検出できる光量の明暗差（輝度ダイナミックレンジ）が狭くなる傾向にある。一般的に、ＣＣＤが捉えることのできる明暗差は、写真フィルムよりも狭いため、フィルムカメラで撮影した場合に比べてデジタルスチルカメラで撮影した場合、輝度の小さすぎる部分には黒潰れ、輝度の大きすぎる部分では白飛びが発生しやすくなる。これらは画質を損ねる原因となり、発生させないことが望ましい。
【０００８】
このような問題を解決する手法が特許文献１などに提案されている。光学系と撮像素子の間に液晶などを用いた動的なフィルタを挿入し、高輝度部分および低輝度部分に対して選択的に透過率を変化させることにより、ＣＣＤへ入射する光量をＣＣＤの輝度ダイナミックレンジ内に収める手法である。
【０００９】
ここで、特許文献１の段落番号［００７３］には、「液晶フィルタ１４の一律の透過率、例えば光透過率５０％から光透過率分布τ（ｉ、ｊ）が設定されることで、撮像時間中に受光する被写体Ａの像の光量が変化して、アンダー露光となったり、オーバー露光とならないようにするためである」との記述がある。また、特許文献１の図３の（ｂ）（ｄ）（ｆ）では、撮像素子のダイナミックレンジ内に収まる輝度において「液晶フィルタ」の透過率が一律の透過率に固定されていることが示されている。
【００１０】
この手法によると、被写体の輝度がＣＣＤのダイナミックレンジに収まる輝度であっても、実際にＣＣＤが受光する光量は、上記に述べた固定された透過率に設定された液晶フィルタにより、減少してしまう。これは、見かけ上のＣＣＤの撮像感度を低下させてしまうことになる。上に記したように、現在のＣＣＤの撮影条件は厳しくなっている上に、さらにこの手法を用いることにより、露光時間増大によるブレ（カメラを手に持って撮影する場合に露光中にカメラが動いたために撮影された画像が不鮮明になる現象、あるいは、露光中に被写体が動いたために撮影された画像が不鮮明になる現象、もしくはこの両方）の発生およびゲインアップ（ＣＣＤ出力電圧の増幅率を上げる）によるノイズの増大（画面がぎらつき、画質が劣化する）が懸念される。
【００１１】
また、特許文献１では、段落番号［００６７］に「光量調整のための各種パラメータ、例えば上述した値Ｙ１や傾きα１等は、予め設定された値が用いられ、液晶フィルタ１４の光透過率分布τ（ｉ、ｊ）が調整される。（中略）値Ｙ１や傾きα１等の光星調整のための各種パラメータの入力を撮影者が入力するように求め（後略）」とある。すなわち、「光量調整のための各種パラメータ」は、「予め設定された値」もしくは、「撮影者が入力」した値であり、必ずしも撮影時の被写体に最適な設定となるとは限らないため、被写体に対して最適な状態で撮影されない可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明の一つのアスペクトに係る撮影装置は、被写体を撮影するために、レンズ光学系と撮像素子との間の光路上に、撮像素子に到達する光量を領域別に減ずるように制御する減光フィルタを備える撮影装置である。この撮影装置は、減光フィルタの透過率を最大とした時の撮像素子における各領域別の光量を最小から最大に向かって並べ、最小の光量から最小とは異なる所定の光量までに対応する各領域では、対応の減光フィルタにおける透過率を最大とし、所定の光量を超える各領域では、光量の増加に伴って該透過率が減少するように減光フィルタを制御する制御回路を備える。
【００１３】
本発明の一つのアスペクトに係る撮影装置における減光フィルタの制御方法は、撮影装置において、被写体を撮影するためにレンズ光学系と撮像素子との間の光路上に備えられ、撮像素子に到達する光量を領域毎に減ずるように制御する減光フィルタの制御方法である。この方法は、減光フィルタの全ての領域における透過率を最大に設定し、被写体に対応する光をレンズ光学系および減光フィルタを介して撮像素子に照射するステップと、撮像素子上の全ての画素において明るい方の飽和レベルに達している画素が存在するかを判定するステップと、飽和レベルに達している画素が存在する場合には、飽和レベルが生じなくなるまで、減光フィルタの透過率を全ての画素に対して一様に減少させるステップと、を含む。また、減光フィルタの透過率を最大とした時の撮像素子における各領域別の光量を最小から最大に向かって並べ、最小の光量から最小とは異なる所定の光量までに対応する各領域では、対応の減光フィルタにおける透過率を最大とし、所定の光量を超える各領域では、光量の増加に伴って該透過率が減少するように減光フィルタの透過率を設定するステップをを含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＬＣＤ減光フィルタの透過率分布を被写体の光量に応じて自動決定する。したがって、特に中輝度の被写体の撮像において、従来技術よりもノイズを減少し、もしくは露光時間を短縮し、より高画質の撮影画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態に係る撮影装置は、被写体を撮影するために、レンズ光学系と撮像素子との間の光路上に、撮像素子に到達する光量を領域別に減ずるように制御する減光フィルタ（液晶フィルタ）を備える。そして、減光フィルタの透過率を最大とした時の撮像素子における各領域別の光量を最小から最大に向かって並べ、最小の光量から最小とは異なる所定の光量までに相当する領域を探索し、探索した領域に対応する減光フィルタの領域における透過率を最大とし、所定の光量を超える光量に相当する領域においては光量の増加に対し透過率が単調減少となるように減光フィルタを制御する。
【００１６】
このような撮影装置において、ＬＣＤ減光フィルタの透過率を撮像素子の輝度ダイナミックレンジに収まるように自動的に決定可能なアルゴリズムによって、撮像素子の輝度ダイナミックレンジを拡大しつつ、低〜中輝度の被写体に対して撮像素子の感度を最大限生かせるように減光フィルタの透過率が決定される。このような減光フィルタの透過率の制御によって、撮像素子のダイナミックレンジに収まる光量においてノイズの少ない画質を実現しつつ、被写体の低輝度部および高輝度部の階調表現を向上させることができる。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の実施例に係る撮影装置の構成を示すブロック図である。撮影装置は、固体撮像素子１、レンズ光学系３、機械式絞り４、画像生成回路５、記録装置６、露光時間制御回路７、ＬＣＤ減光フィルタ８、ＬＣＤ制御回路９、半導体メモリ１０を備える。被写体から到来する光は、光路２上に設置された、レンズ光学系３、機械式絞り４、ＬＣＤ減光フィルタ８を介し、固体撮像素子１に結像する。固体撮像素子１は、露光時間制御回路７によって結像する時間が制御され、結像によって得られた信号を画像生成回路５に出力する。画像生成回路５は、所定の形式の画像データを生成し、記録装置６に記録すると共に、生成した画像データをＬＣＤ制御回路９に送る。ＬＣＤ制御回路９は、ＲＡＭなどで構成される半導体メモリ１０に記憶されている、ＬＣＤ減光フィルタ８に設定するための画素ごとの透過率を元にＬＣＤ減光フィルタ８の制御を行う。ＬＣＤ減光フィルタ８は、固体撮像素子１への入射光量を制限するために画素毎に光の透過率を変化させることができるフィルタである。すなわち、ＬＣＤ減光フィルタ８は、液晶等で構成され、印加される電圧の大きさに応じて光の透過率を変化させることができる、画素単位の構造を格子状に敷き詰めたものであり、おのおのの領域における透過率を個々に制御することができるものである。ＬＣＤ制御回路９は、画像生成回路５からの情報を元に、ＬＣＤ減光フィルタ８の画素ごとの透過率を個々に制御する。
【００１８】
次に、撮影装置の動作について説明する。図２は、本発明の実施例に係る撮影装置の動作を示すフローチャートである。撮影装置において、以下に述べるように大きく、（１）ＬＣＤ減光フィルタ８の最小透過率の導出、（２）ＬＣＤ減光フィルタ８の画素毎の透過率決定、（３）ＬＣＤ減光フィルタ８を使った露光、の順に処理がなされる。
【００１９】
（１）ＬＣＤ減光フィルタ８の最小透過率の導出では、図２のステップＳ１〜Ｓ４に相当する処理がなされる。図３は、ステップＳ３〜ステップＳ４における撮影画像を模式的に表す図である。まず、全ての座標において、ＬＣＤ減光フィルタ８の透過率を１００％に設定し、被写体であるパターン１０１に対応する光を光学系であるレンズ光学系３およびＬＣＤ減光フィルタ８を介して入射し、固体撮像素子１に照射する（ステップＳ１）。次に、固体撮像素子１上の全ての画素において飽和レベルに達している画素が存在するか調べる（ステップＳ２）。飽和レベルに達している画素が存在する場合には、飽和が発生しなくなるまで、ＬＣＤ減光フィルタ８の透過率を全ての画素に対して一様に減少させていく（ステップＳ３〜ステップＳ４）。この時点でＬＣＤ減光フィルタ８の最小透過率が決定する。この時の撮影画像は、図３のパターン１０３に示すように、被写体の低輝度部が黒つぶれとなった画像となる。
【００２０】
（２）ＬＣＤ減光フィルタ８の画素毎の透過率決定では、図２のステップＳ５〜ステップＳ６に相当する処理がなされる。図４は、ステップＳ５〜ステップＳ６における撮影画像を模式的に表す図である。前項（１）では、固体撮像素子１上の全ての画素について、ＬＣＤ減光フィルタ８に対し、均一な透過率を設定した。しかし、この状態では図４に示すように光量の少ない画素について階調表現が困難になり、黒つぶれが発生する。そこで、光量の少ない画素については透過率を１（１００％）とし、後述する方法で設定した光量を境界にして、後述する式に従って光量の増加に応じてＬＣＤ減光フィルタ８の透過率を最小透過率に近づけることで、低輝度域の階調表現と光量の多い領域における階調圧縮を実現する。固体撮像素子１に照射される光量に応じＬＣＤ減光フィルタ８の透過率を画素毎に計算した値（図４のパターン１０４）を、半導体メモリ１０に記憶する。
【００２１】
（３）ＬＣＤ減光フィルタ８を使った露光では、図２のステップＳ７に相当する処理がなされる。図５は、ステップＳ７における撮影画像を模式的に表す図である。全ての座標についての算出された透過率が半導体メモリ１０に格納された時点で、この画素毎に算出された透過率をＬＣＤ減光フィルタ８に設定し、光学系から入射する光を用いて個体撮像素子１に露光する。この時の撮影画像は、図５のパターン１０５に示すように、被写体の低輝度部から高輝度部まで破綻せずに（黒つぶれおよび白飛びの回避して）表示される。
【００２２】
次に、上記（１）、（２）、（３）の各処理について、以下にさらに詳しく説明する。
【００２３】
（１）ＬＣＤ減光フィルタの最小透過率Ｔｍｉｎの導出について説明する。図６は、ＬＣＤ減光フィルタ前後の関係を示す図である。図７は、ＬＣＤ減光フィルタの入射光量と撮像素子上の光量の関係を表すグラフである。図６において、ＬＣＤ減光フィルタ８が無く、レンズ光学系３から直接受光した場合に受光する光量３０１をＬｒ、ＬＣＤ減光フィルタ８越しに固体撮像素子１が受光する光量３０２をＬｔ、ＬＣＤ減光フィルタ８の透過率をＴとおく。次に、全ての座標において、Ｔ＝１（透過率１００％）に設定し、光学系より入射される光を固体撮像素子１に照射する。このとき、ＬＣＤ減光フィルタ８の透過率が１００％のときの被写体の光量と固体撮像素子１上の光量との関係は、図７における直線３０３で表される。
【００２４】
次に、全ての座標において、Ｌｔ＜Ｌｃｃｄｍａｘを満たすよう、Ｔを均一かつ一様に減少させていく。このときのＴをＴｍｉｎとすると、以下の式（１）、（２）が成立する。
Ｌｒ＝Ｌｔ／Ｔｍｉｎ                    ・・・式（１）
Ｌｒｍａｘ＝Ｌｃｃｄｍａｘ／Ｔｍｉｎ            ・・・式（２）
【００２５】
このときの被写体の光量と固体撮像素子１上の光量の関係は、図７における直線３０４で表される。次に、このときのすべての座標に対応するＬｒを固体撮像素子１の座標ごとに図１の半導体メモリ１０に記憶する。
【００２６】
（２）ＬＣＤ減光フィルタ８の画素毎の透過率決定方法について説明する。前項（１）において、ＬＣＤ減光フィルタの最小透過率Ｔｍｉｎの導出では、固体撮像素子１上の全ての画素について、均一な透過率のＬＣＤ減光フィルタ８を設定した。しかし、この状態では光量の少ない画素について階調表現が困難になる。そこで、光量の少ない画素については透過率を１とし、ある光量を超えた画素についてはＬＣＤ減光フィルタによる階調圧縮を行う。レンズ光学系３から直接受光する、階調圧縮を開始する光量をＬｒｅｄｇｅとし、式（３）のように表現する。以下の式（３）において、ｎは不等式で示した範囲内の任意の値で階調圧縮を行いうる。ｎの値により階調圧縮の特性は異なったものとなるため、ｎの値を以下の範囲内で変化させ、好ましい特性を実験的に求めるようにしてもよい。
Ｌｒｅｄｇｅ＝ｎ・Ｌｒｍａｘ  （ただし、０≦ｎ≦Ｌｃｃｄｍａｘ／Ｌｒｍａｘ）    ・・・式（３）
【００２７】
この光量Ｌｒｅｄｇｅを境界にして、光量が増加するに従ってＬＣＤ減光フィルタ８の透過率をＴｍｉｎに近づけることで、低輝度域（光量域Ａ）の階調表現と光量の多い領域（光量域Ｂ）における階調圧縮とを実現する。
【００２８】
図７のグラフにおいて、直線３０５をあらわす関数、すなわち点（Ｌｒ、Ｌ）＝（Ｌｒｅｄｇｅ、Ｌｒｅｄｇｅ）と、点（Ｌｒ、Ｌ）＝（Ｌｒｍａｘ、Ｌｃｃｄｍａｘ）の２点を結ぶ関数ｆ（Ｌｒ）（ただし、Ｌｒｅｄｇｅ≦Ｌｒ≦Ｌｒｍａｘ）を決定する。以後、このｆ（Ｌｒ）を階調圧縮関数と呼ぶ。階調圧縮関数は、自然な階調を表現するために単調増加関数でなければならない。すなわち、ＬＣＤ減光フィルタ８の透過率を最大とした時の固体撮像素子１における各領域別の光量を最小から最大に向かって並べ、Ｌｃｃｄｍａｘを超える各領域では、光量の増加に伴って透過率が減少するようにＬＣＤ減光フィルタ８の透過率を設定する。
【００２９】
実際の露光（撮影）時に、固体撮像素子１が受け取ることを期待される光量をＬｃｃｄｆｉｎ、この光量を実現するための透過率をＴｅｘｐと置くと、
Ｌｃｃｄｆｉｎ＝ｆ（Ｌｒ）                                    ・・・式（４）
Ｔｅｘｐ＝１  （０≦Ｌｒ＜Ｌｒｅｄｇｅの時）
Ｔｅｘｐ＝Ｌｃｃｄｆｉｎ／Ｌｒ  （Ｌｒｅｄｇｅ≦Ｌｒ≦Ｌｒｍａｘの時）    ・・・式（５）
となる。この式（４）、（５）を用いて、Ｌｃｃｄｆｉｎの固体撮像素子１のすべての座標に対応するＴｅｘｐを半導体メモリ１０に記憶する。
【００３０】
（３）ＬＣＤ減光フィルタ８を使った露光について説明する。前項（２）のＬＣＤ減光フィルタ８の画素毎の透過率決定において、半導体メモリ１０に記憶したＴｅｘｐの全ての座標についての算出が終了した後、画素毎に算出された透過率Ｔｅｘｐに応じた透過率をＬＣＤ減光フィルタ８に設定する。このとき、固体撮像素子１に照射される光量はＬｃｃｄｆｉｎで表される値となる。
【００３１】
次に、階調圧縮関数ｆ（Ｌｒ）の選択方法について説明する。階調圧縮関数ｆ（Ｌｒ）には、任意の単調増加関数を設定することができる。以下にその例を示す。
【００３２】
まず、ｆ（Ｌｒ）がＬｒの２次関数とする。入力光量と生成画像の輝度値との関係において、不連続な点が存在しないほうが望ましい。これは、階調圧縮関数についても同様である。もし、同一画像中に連続的な階調の変化が存在し、かつ、階調圧縮関数の不連続点の前後の光量を含む被写体であった場合、不連続点において画像上の輝度が不連続的に変化するトーンジャンプと呼ばれる現象が発生してしまうためである。
【００３３】
階調圧縮関数ｆ（Ｌｒ）を２次関数とすると、ｆ（Ｌｒ）とＬｒの関係は、式（６）で表わされる。
ｆ（Ｌｒ）＝Ｌｃｃｄｆｉｎ＝（ｎ・Ｌｒｍａｘ−Ｌｃｃｄｍａｘ）（Ｌｒ−Ｌｒｍａｘ）２／｛Ｌｒｍａｘ（ｎ−１）｝２＋Ｌｃｃｄｍａｘ            ・・・式（６）
【００３４】
この関数がＬｒ＝Ｌｒｅｄｇｅにおいて傾きが１となるｎの条件は、
ｎ＝｛Ｌｃｃｄｍａｘ−（Ｌｃｃｄｍａｘ２−Ｌｒｍａｘ（２Ｌｃｃｄｍａｘ−Ｌｒｍａｘ））１／２｝／Ｌｒｍａｘ            ・・・式（７）
となる。この式（６）、（７）を用いた階調圧縮では、トーンジャンプを発生させずに固体撮像素子１のダイナミックレンジの拡大を行うことが可能である。
【００３５】
次に、ｆ（Ｌｒ）がＬｒの１次関数とする場合を考える。この場合、Ｌｒ＝Ｌｒｅｄｇｅで不連続となる２種の直線を連結した形で表される。階調圧縮関数ｆ（Ｌｒ）を直線とする場合、以下の式（８）のように表される。
ｆ（Ｌｒ）＝Ｌｃｃｄｆｉｎ＝（ｎ・Ｌｒｍａｘ−Ｌｃｃｄｍａｘ）Ｌｒ／Ｌｒｍａｘ／（ｎ−１）＋ｎ（Ｌｃｃｄｍａｘ−Ｌｒｍａｘ）／（ｎ−１）          ・・・式（８）
【００３６】
これらの例から分かるように、ｆ（Ｌｒ）＝Ｌｃｃｄｆｉｎを２次関数とし、かつ、階調特性全体において不連続点が存在しなければ、トーンジャンプが発生しないため生成画像において良好な階調表現が得られる。ただし、計算量は１次関数に比べて多くなる。Ｌｃｃｄｆｉｎを１次関数とすると、Ｌｒ＝Ｌｒｅｄｇｅとなる点でトーンジャンプが発生するが、被写体の暗い部分の階調を生かしつつ、光量の多い部分の飽和が防げ、かつ計算量が少なくなる。
【００３７】
上記では１次関数と２次関数とを例に挙げたが、指数関数など以下の（Ａ）、（Ｂ）の条件を満たすものであれば、階調圧縮関数として好ましい。
（Ａ）ｆ（Ｌｒ）＝ＬｃｃｄｆｉｎがＬｒｅｄｇｅ≦Ｌｒ≦Ｌｒｍａｘの範囲において単調増加関数であること。
（Ｂ）トーンジャンプを発生させないためには、ｆ（Ｌｒ）＝Ｌｃｃｄｆｉｎの点（Ｌｒｅｄｇｅ、Ｌｒｅｄｇｅ）における傾きが１であること。
【００３８】
以上の説明では、階調圧縮関数について説明したが、固体撮像素子１に照射される光量と入射光量との比、すなわちＬＣＤ減光フィルタ８の透過率を取り上げて説明しても同等である。先に述べたようにＬＣＤ減光フィルタ８の透過率を最大とした時の固体撮像素子１における各領域別の光量を最小から最大に向かって並べた時の光量をＬ、このＬに対応する透過率をＬの関数Ｔ（Ｌ）として表した場合に、Ｌｃｃｄｍａｘを超える各領域では、光量の増加に伴って透過率が単調減少（関数Ｔ（Ｌ）は広義の単調減少関数）となることが好ましい。また、固体撮像素子１に到達する光量がＬの最大値において飽和レベル寸前であるように関数Ｔ（Ｌ）を設定することが好ましい。さらに、関数Ｔ（Ｌ）は、Ｌ＝Ｌｃｃｄｍａｘにおいて微分可能な関数、すなわち傾きが連続することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例に係る撮影装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例に係る撮影装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ３〜ステップＳ４における撮影画像を模式的に表す図である。
【図４】図２のステップＳ５〜ステップＳ６における撮影画像を模式的に表す図である。
【図５】図２のステップＳ７における撮影画像を模式的に表す図である。
【図６】ＬＣＤ減光フィルタ前後の関係を示す図である。
【図７】ＬＣＤ減光フィルタの入射光量と撮像素子上の光量の関係を表すグラフである。
【図８】従来の撮影装置の構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  固体撮像素子
２  光路
３  レンズ光学系
４  機械式絞り
５  画像生成回路
６  記録装置
７  露光時間制御回路
８  ＬＣＤ減光フィルタ
９  ＬＣＤ制御回路
１０  半導体メモリ
１０１、１０３、１０４、１０５  パターン
３０１、３０２  光量
３０３、３０４、３０５  直線
【図１】
2006245918.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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